理研など、高温域、強磁場下でも電気抵抗が発生しない超電導接合技術を開発

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開発したレアアース系高温超電導線材同士の超電導接合の構成(左) 接合部の断面における原子レベルのナノスケール(nm)微細構造(右)

理化学研究所は2017年12月19日、住友電気工業と共同で、従来より高温域でしかも強磁場下でも電気抵抗が発生しないレアアース系高温超伝導線材の接合技術を開発したと発表した。

核磁気共鳴画像(MRI)装置や核磁気共鳴(NMR)装置は、強い磁場を発生させるための電磁石として、超伝導コイルを搭載している。従来の超電導装置には、金属系低温超電導線材が用いられてきたが、液体ヘリウムを用いてマイナス269℃まで冷却しなければならない点が制約になっていた。一方、レアアース系高温超電導線材線材は、安価で取り扱いやすい液体窒素(マイナス196℃)で超電導状態を維持でき、さらに液体ヘリウムで冷却すると、金属系低温超電導線材よりも強い磁場を作ることができるという特性がある。また、超電導コイルを作るには、線材同士を何度もつなぎ合わせる必要があるが、そのつなぎ目に強い磁場がかかると電気抵抗が発生するために、強磁場の中でも電気抵抗が発生しない「超電導接合」技術の開発が求められていた。

今回の研究では、レアアース系の高温超電導線材の表面にナノ粒子のレアアース系高温超電導線材を付着させ、もう一方の同線材とサンドイッチさせて高温で熱処理する超電導接合方法を開発。この方法による接合部は、液体ヘリウム温度から液体窒素温度までの温度域で電気抵抗が発生せず、しかも数ステラの強磁場の中でも同じく電気抵抗が発生しない。しかも従来の手法と比較して約10分の1の時間で処理できるという。

今回の開発した超電導接合技術によって、液体窒素で冷却できるMRI装置やNMR装置の開発が可能になるという。また液体ヘリウム冷却によって、これまで以上の強磁場を持つNMR装置の永久電流運転が期待できるという。

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